DES算法代码

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#算法 #table #permutation #加密 #解密 #iostream

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本文详细介绍了DES（数据加密标准）及其变种3DES的加密原理，并提供了具体的C++实现代码。文中涉及加密解密模式、填充方式及关键操作步骤。

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这是之前的一篇文章，今天才发现之前没有把内容放进来。真是晕头了。幸好看了看评论，有人指出来了。实在是不好意思。现在把代码补上来；声明，不是我自己完全原创的。也是从网上找到一个别人的东西，然后改造了一下。#ifndef CDES_H_CAESAR__DEF #define CDES_H_CAESAR__DEF /*! /Brief CDES类说明 * * 该类是DES和3DES算法类 */ class CDES { public: CDES(); virtual ~CDES(); //加密解密 enum { ENCRYPT = 0, //! 加密 DECRYPT, //! 解密 }; //DES算法的模式 enum { ECB = 0, //! ECB模式 CBC //! CBC模式 }; typedef bool (*PSubKey)[16][48]; //Pad填充的模式 enum { PAD_ISO_1 = 0, //! ISO_1填充：数据长度不足8比特的倍数，以0x00补足，如果为8比特的倍数，补8个0x00 PAD_ISO_2, //! ISO_2填充：数据长度不足8比特的倍数，以0x80,0x00..补足，如果为8比特的倍数，补0x80,0x00..0x00 PAD_PKCS_7 //! PKCS7填充：数据长度除8余数为n,以(8-n)补足为8的倍数 }; /* /Brief 补足8位数据 * * Description：根据协议对加密前的数据进行填充 * @param nType :类型：PAD类型 * @param In :数据串指针 * @param Out :填充输出串指针 * @param datalen :数据的长度 * @param padlen :(in,out)输出buffer的长度，填充后的长度 * @return true--成功；false--失败； */ static bool RunPad(int nType,const unsigned char* In, unsigned datalen,unsigned char* Out,unsigned& padlen); /* /Brief 执行DES算法对文本加解密 * * Description ：执行DES算法对文本加解密 * @param bType : 类型：加密ENCRYPT，解密DECRYPT * @param bMode : 模式：ECB,CBC * @param In :待加密串指针 * @param Out :待输出串指针 * @param datalen :待加密串的长度，同时Out的缓冲区大小应大于或者等于datalen * @param Key :密钥(可为8位,16位,24位)支持3密钥 * @param keylen : 密钥长度，多出24位部分将被自动裁减 * @return true--成功；false--失败； */ static bool RunDes(bool bType,bool bMode,const unsigned char* In, unsigned char* Out,unsigned datalen,const unsigned char* Key,unsigned keylen); protected: //计算并填充子密钥到SubKey数据中 static void SetSubKey(PSubKey pSubKey, const unsigned char Key[8]); //DES单元运算 static void DES(unsigned char Out[8], const unsigned char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type); }; #endif//CDES_H_CAESAR__DEF

实现代码如下：// DES.cpp: implementation of the CDES class. // ////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include "DES.h" #include "memory.h" #include <iostream> using namespace std; //////////////////////////////////////////////////////////////////////// // initial permutation IP const char IP_Table[64] = { 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7 }; // final permutation IP^-1 const char IPR_Table[64] = { 40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31, 38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29, 36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27, 34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25 }; // expansion operation matrix const char E_Table[48] = { 32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32, 1 }; // 32-bit permutation function P used on the output of the S-boxes const char P_Table[32] = { 16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17, 1, 15, 23, 26, 5, 18, 31, 10, 2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9, 19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25 }; // permuted choice table (key) const char PC1_Table[56] = { 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 60, 52, 44, 36, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 28, 20, 12, 4 }; // permuted choice key (table) const char PC2_Table[48] = { 14, 17, 11, 24, 1, 5, 3, 28, 15, 6, 21, 10, 23, 19, 12, 4, 26, 8, 16, 7, 27, 20, 13, 2, 41, 52, 31, 37, 47, 55, 30, 40, 51, 45, 33, 48, 44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 50, 36, 29, 32 }; // number left rotations of pc1 const char LOOP_Table[16] = { 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1 }; // The (in)famous S-boxes const char S_Box[8][4][16] = { // S1 14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7, 0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8, 4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0, 15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13, // S2 15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10, 3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5, 0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15, 13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9, // S3 10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8, 13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1, 13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7, 1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12, // S4 7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15, 13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9, 10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4, 3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14, // S5 2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9, 14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6, 4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14, 11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3, // S6 12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11, 10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8, 9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6, 4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13, // S7 4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1, 13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6, 1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2, 6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12, // S8 13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7, 1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2, 7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8, 2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11 }; CDES::CDES() { } CDES::~CDES() { } /*******************************************************************/ /* 函数名称: ByteToBit 功能描述：把BYTE转化为Bit流参数说明： Out: 输出的Bit流[in][out] In: 输入的BYTE流[in] bits: Bit流的长度[in] 返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void ByteToBit(bool *Out, const unsigned char *In, int bits) { for(int i=0; i<bits; ++i) Out[i] = (In[i>>3]>>(7 - i&7)) & 1; } /*******************************************************************/ /* 函数名称: BitToByte 功能描述：把Bit转化为Byte流参数说明： Out: 输出的BYTE流[in][out] In: 输入的Bit流[in] bits: Bit流的长度[in] 返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void BitToByte(unsigned char *Out, const bool *In, int bits) { memset(Out, 0, bits>>3); for(int i=0; i<bits; ++i) Out[i>>3] |= In[i]<<(7 - i&7); } /*******************************************************************/ /* 函数名称: RotateL 功能描述：把BIT流按位向左迭代参数说明： In: 输入的Bit流[in] len: Bit流的长度[in] loop: 向左迭代的长度返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void RotateL(bool *In, int len, int loop) { bool Tmp[256]; memcpy(Tmp, In, loop); memcpy(In, In+loop, len-loop); memcpy(In+len-loop, Tmp, loop); } /*******************************************************************/ /* 函数名称: Xor 功能描述：把两个Bit流进行异或参数说明： InA: 输入的Bit流[in][out] InB: 输入的Bit流[in] loop: Bit流的长度返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void Xor(bool *InA, const bool *InB, int len) { for(int i=0; i<len; ++i) InA[i] ^= InB[i]; } /*******************************************************************/ /* 函数名称: Transform 功能描述：把两个Bit流按表进行位转化参数说明： Out: 输出的Bit流[out] In: 输入的Bit流[in] Table: 转化需要的表指针 len: 转化表的长度返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len) { bool Tmp[256]; for(int i=0; i<len; ++i) Tmp[i] = In[ Table[i]-1 ]; memcpy(Out, Tmp, len); } /*******************************************************************/ /* 函数名称: S_func 功能描述：实现数据加密S BOX模块参数说明： Out: 输出的32Bit[out] In: 输入的48Bit[in] 返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void S_func(bool Out[32], const bool In[48]) { for(char i=0,j,k; i<8; ++i,In+=6,Out+=4) { j = (In[0]<<1) + In[5]; k = (In[1]<<3) + (In[2]<<2) + (In[3]<<1) + In[4]; //组织SID下标 for(int l=0; l<4; ++l) //把相应4bit赋值 Out[l] = (S_Box[i][j][k]>>(3 - l)) & 1; } } /*******************************************************************/ /* 函数名称: F_func 功能描述：实现数据加密到输出P 参数说明： Out: 输出的32Bit[out] In: 输入的48Bit[in] 返回值说明： void 作者: 邹德强更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ static void F_func(bool In[32], const bool Ki[48]) { bool MR[48]; Transform(MR, In, E_Table, 48); Xor(MR, Ki, 48); S_func(In, MR); Transform(In, In, P_Table, 32); } bool CDES::RunDes(bool bType,bool bMode,const unsigned char* In, unsigned char* Out,unsigned datalen,const unsigned char* Key,unsigned keylen) { //判断输入合法性 if(!(In && Out && Key && datalen && keylen>=8)) return false; unsigned char inbuf[datalen + 8]; memset(inbuf, 0x00, sizeof(inbuf)); memcpy(inbuf, In, datalen); unsigned char* tempBuf; unsigned padlen = datalen; //只处理8的整数倍，不足长度自己填充 if(datalen & 0x00000007) { if (!RunPad(PAD_PKCS_7, In, datalen, inbuf, padlen)) return false; tempBuf = inbuf; } else { tempBuf = inbuf; } bool m_SubKey[3][16][48]; //秘钥 //构造并生成SubKeys unsigned char nKey = (keylen>>3)>=3 ? 3: (keylen>>3); for(int i=0;i<nKey;i++) { SetSubKey(&m_SubKey[i],&Key[i<<3]); } if(bMode == ECB) //ECB模式 { if(nKey == 1) //单Key { int j = padlen>>3; for(int i=0,j = padlen>>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { DES(Out,tempBuf,&m_SubKey[0],bType); } } else if(nKey == 2) //3DES 2Key { for(int i=0,j = padlen>>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { DES(Out,tempBuf,&m_SubKey[0],bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[1],!bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[0],bType); } } else //3DES 3Key { for(int i=0,j=padlen>>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { DES(Out,tempBuf,&m_SubKey[bType? 2 : 0],bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[1],!bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[bType? 0 : 2],bType); } } } else //CBC模式 { unsigned char cvec[8] = ""; //扭转向量 unsigned char cvin[8] = ""; //中间变量 if(nKey == 1) //单Key { for(int i=0,j=padlen>>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { if(bType == CDES::ENCRYPT) { for(int j=0;j<8;++j) //将输入与扭转变量异或 { cvin[j] = tempBuf[j] ^ cvec[j]; } } else { memcpy(cvin,tempBuf,8); } DES(Out,cvin,&m_SubKey[0],bType); if(bType == CDES::ENCRYPT) { memcpy(cvec,Out,8); //将输出设定为扭转变量 } else { for(int j=0;j<8;++j) //将输出与扭转变量异或 { Out[j] = Out[j] ^ cvec[j]; } memcpy(cvec,cvin,8); //将输入设定为扭转变量 } } } else if(nKey == 2) //3DES CBC 2Key { for(int i=0,j=padlen>>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { if(bType == CDES::ENCRYPT) { for(int j=0;j<8;++j) //将输入与扭转变量异或 { cvin[j] = tempBuf[j] ^ cvec[j]; } } else { memcpy(cvin,tempBuf,8); } DES(Out,cvin,&m_SubKey[0],bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[1],!bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[0],bType); if(bType == CDES::ENCRYPT) { memcpy(cvec,Out,8); //将输出设定为扭转变量 } else { for(int j=0;j<8;++j) //将输出与扭转变量异或 { Out[j] = Out[j] ^ cvec[j]; } memcpy(cvec,cvin,8); //将输入设定为扭转变量 } } } else //3DES CBC 3Key { for(int i=0,j=padlen >>3;i<j;++i,Out+=8,tempBuf+=8) { if(bType == CDES::ENCRYPT) { for(int j=0;j<8;++j) //将输入与扭转变量异或 { cvin[j] = tempBuf[j] ^ cvec[j]; } } else { memcpy(cvin,tempBuf,8); } DES(Out,cvin,&m_SubKey[bType ? 2 : 0],bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[1],!bType); DES(Out,Out,&m_SubKey[bType ? 0 : 2],bType); if(bType == CDES::ENCRYPT) { memcpy(cvec,Out,8); //将输出设定为扭转变量 } else { for(int j=0;j<8;++j) //将输出与扭转变量异或 { Out[j] = Out[j] ^ cvec[j]; } memcpy(cvec,cvin,8); //将输入设定为扭转变量 } } } } return true; } /*******************************************************************/ /* 函数名称: RunPad 功能描述：根据协议对加密前的数据进行填充参数说明： bType :类型：PAD类型 In :数据串指针 Out :填充输出串指针 datalen :数据的长度 padlen :(in,out)输出buffer的长度，填充后的长度返回值说明： bool :是否填充成功作者: 邹德强修改历史：更新日期： 2003.12.19 /*******************************************************************/ bool CDES::RunPad(int nType, const unsigned char* In, unsigned datalen, unsigned char* Out, unsigned& padlen) { if (nType < PAD_ISO_1 || nType > PAD_PKCS_7) return false; if (In == NULL || datalen < 0 || Out == NULL) return false; int res = (datalen & 0x00000007); if (res == 0) { padlen = datalen; memcpy(Out, In, datalen); return true; } padlen = (datalen+8-res); memcpy(Out,In,datalen); if(nType == PAD_ISO_1) { memset(Out+datalen,0x00,8-res); } else if(nType == PAD_ISO_2) { memset(Out+datalen,0x80,1); memset(Out+datalen,0x00,7-res); } else if(nType == PAD_PKCS_7) { memset(Out+datalen,0x00,8-res); } else { return false; } return true; } //计算并填充子密钥到SubKey数据中 void CDES::SetSubKey(PSubKey pSubKey, const unsigned char Key[8]) { bool K[64], *KL=&K[0], *KR=&K[28]; ByteToBit(K, Key, 64); Transform(K, K, PC1_Table, 56); for(int i=0; i<16; ++i) { RotateL(KL, 28, LOOP_Table[i]); RotateL(KR, 28, LOOP_Table[i]); Transform((*pSubKey)[i], K, PC2_Table, 48); } } //DES单元运算 void CDES::DES(unsigned char Out[8], const unsigned char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type) { bool M[64], tmp[32], *Li=&M[0], *Ri=&M[32]; ByteToBit(M, In, 64); Transform(M, M, IP_Table, 64); if( Type == ENCRYPT ) { for(int i=0; i<16; ++i) { memcpy(tmp, Ri, 32); //Ri[i-1] 保存 F_func(Ri, (*pSubKey)[i]); //Ri[i-1]经过转化和SBox输出为P Xor(Ri, Li, 32); //Ri[i] = P XOR Li[i-1] memcpy(Li, tmp, 32); //Li[i] = Ri[i-1] } } else { for(int i=15; i>=0; --i) { memcpy(tmp, Ri, 32); //Ri[i-1] 保存 F_func(Ri, (*pSubKey)[i]); //Ri[i-1]经过转化和SBox输出为P Xor(Ri, Li, 32); //Ri[i] = P XOR Li[i-1] memcpy(Li, tmp, 32); //Li[i] = Ri[i-1] } } RotateL(M,64,32); //Ri与Li换位重组M Transform(M, M, IPR_Table, 64); //最后结果进行转化 BitToByte(Out, M, 64); //组织成字符 }